قانون معادلة هنري ، الانحراف ، التطبيقات

ال قانون هنري يثبت أنه عند درجة حرارة ثابتة ، تتناسب كمية الغاز المذاب في سائل مع ضغطه الجزئي على سطح السائل..

افترض في عام 1803 من قبل الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي وليام هنري. يمكن أيضًا تفسير قانونها بهذه الطريقة: إذا زاد الضغط على السائل ، زادت كمية الغاز المذاب فيه..

هنا يعتبر الغاز بمثابة المذاب في المحلول. على عكس المذاب الصلب ، فإن درجة الحرارة لها تأثير سلبي على ذوبانها. وبالتالي ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، يميل الغاز إلى الهروب من السائل بسهولة نحو السطح.

وذلك لأن الزيادة في درجة الحرارة توفر الطاقة للجزيئات الغازية ، التي تتصادم مع بعضها البعض لتكوين فقاعات (الصورة العليا). ثم ، هذه الفقاعات تتغلب على الضغط الخارجي وتهرب من السائل.

إذا كان الضغط الخارجي مرتفعًا للغاية ، ويبقى السائل باردًا ، سيتم إذابة الفقاعات ولن تؤدي إلا بعض الجزيئات الغازية إلى "تطارد" السطح.

مؤشر

• 1 معادلة قانون هنري
• 2 الانحراف
• 3 ذوبان الغاز في السائل
  • 3.1 غير مشبعة
  • 3.2 مشبعة
  • 3.3 مشبعة
• 4 تطبيقات
• 5 أمثلة
• 6 المراجع 

معادلة قانون هنري

يمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية:

ف = ك_H. ج

حيث P هو الضغط الجزئي للغاز المذاب ؛ C هو تركيز الغاز ؛ و K_H إنه ثابت هنري.

من الضروري أن نفهم أن الضغط الجزئي للغاز هو الذي يمارس بشكل فردي نوعًا من بقية خليط الغاز الكلي. والضغط الكلي ليس أكثر من مجموع كل الضغوط الجزئية (قانون دالتون):

P_مجموع= ف₁ + P₂ + P₃+... + ف_ن

ويمثل عدد الأنواع الغازية التي تشكل الخليط ن. على سبيل المثال ، إذا كان هناك بخار ماء وأول أكسيد الكربون على سطح السائل₂, ن يساوي 2.

الانحراف

بالنسبة للغازات قليلة الذوبان في السوائل ، يقترب المحلول من الامتثال المثالي لقانون هنري للمذاب.

ومع ذلك ، عندما يكون الضغط مرتفعًا ، يحدث انحراف عن هنري ، لأن الحل يتوقف عن التصرف باعتباره مثاليًا مخففًا.

ماذا يعني؟ أن التفاعلات المذابة الذائبة والمذيبات الذائبة تبدأ في أن يكون لها آثارها الخاصة. عندما يكون المحلول مخففًا للغاية ، فإن جزيئات الغاز محاطة "حصريًا" بالمذيبات ، وتحتقر المواجهات المحتملة فيما بينها.

لذلك ، عندما يتوقف الحل عن التخفيف بشكل مثالي ، يتم ملاحظة فقد السلوك الخطي في الرسم البياني P_أنا مقابل العاشر_أنا.

في الختام لهذا الجانب: يحدد قانون هنري ضغط بخار المادة المذابة في محلول مخفف مثالي. بالنسبة للمذيب ، ينطبق قانون راولت على:

P_A = س_A∙ P_A^*

ذوبان الغاز في السائل

عندما يذوب الغاز جيداً في سائل ، مثل السكر في الماء ، لا يمكن تمييزه عن البيئة ، وبالتالي تشكيل محلول متجانس. بمعنى آخر: لا توجد فقاعات في السائل (أو بلورات السكر).

ومع ذلك ، فإن المذيبات الفعالة للجزيئات الغازية تعتمد على بعض المتغيرات مثل: درجة حرارة السائل ، والضغط الذي يؤثر عليه ، والطبيعة الكيميائية لهذه الجزيئات مقارنة بتلك الموجودة في السائل..

إذا كان الضغط الخارجي مرتفعًا جدًا ، تزداد فرص اختراق الغاز لسطح السائل. ومن ناحية أخرى ، فإن التغلب على الجزيئات الغازية المذابة أكثر صعوبة في التغلب على ضغط الحادث لتحقيق الهروب إلى الخارج.

إذا كان نظام الغاز السائل قيد التحريض (كما يحدث في البحر ومضخات الهواء داخل الخزان) ، يفضل امتصاص الغاز.

وكيف تؤثر طبيعة المذيب على امتصاص الغاز؟ إذا كان قطبيًا ، مثل الماء ، فإنه سيُظهر تقارب الذرات القطبية ، أي تلك الغازات التي لها لحظة ثنائي القطب دائمة. بينما إذا كان غير قطبي ، مثل الهيدروكربونات أو الدهون ، فإنه يفضل الجزيئات الغازية أحادية القطب

على سبيل المثال ، الأمونيا (NH₃) هو غاز قابل للذوبان بشدة في الماء بسبب تفاعلات روابط الهيدروجين. في حين أن الهيدروجين (H₂) ، الذي جزيء صغير هو apolar ، يتفاعل ضعيف مع الماء.

أيضًا ، بناءً على حالة عملية امتصاص الغاز في السائل ، يمكن إنشاء الحالات التالية فيها:

غير المشبعة

السائل غير مشبع عندما يكون قادرًا على إذابة المزيد من الغاز. وذلك لأن الضغط الخارجي أكبر من الضغط الداخلي للسائل.

مشبع

يحدد السائل توازنًا في قابلية ذوبان الغاز ، مما يعني أن الغاز يهرب بنفس السرعة التي يخترق بها السائل..

ويمكن ملاحظة ذلك على النحو التالي: إذا هربت ثلاثة جزيئات غازية في الهواء ، ستعود ثلاث جزيئات أخرى إلى السائل في نفس الوقت..

فوق التشبع

يتم استبدال السائل بالغاز عندما يكون الضغط الداخلي أعلى من الضغط الخارجي. وقبل تغيير الحد الأدنى في النظام ، سيطلق الغاز الزائد الذائب حتى تتم استعادة التوازن.

تطبيقات

- يمكن تطبيق قانون هنري لحساب امتصاص الغازات الخاملة (النيتروجين والهيليوم والأرجون وما إلى ذلك) في أنسجة مختلفة من الجسم البشري ، وهذا مع نظرية هالدين هي أساس جداول إزالة الضغط.

- تطبيق مهم هو تشبع الغاز في الدم. عندما لا يكون الدم مشبعًا ، يذوب الغاز فيه ، حتى يشبع ويتوقف عن الذوبان. بمجرد حدوث ذلك ، يذهب الغاز المذاب في الدم إلى الهواء.

- تغويز المشروبات الغازية مثال على قانون هنري المطبق. المشروبات الغازية لديها CO₂ تذوب تحت ضغوط عالية ، وبالتالي الحفاظ على كل من المكونات مجتمعة التي تتكون منه ؛ وكذلك ، فإنه يحتفظ بنكهة مميزة لفترة أطول بكثير.

عندما يتم الكشف عن زجاجة الصودا ، ينخفض ​​الضغط على السائل ، مما يؤدي إلى الضغط على الفور.

لأن الضغط على السائل أقل الآن ، قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون₂ ينحدر ويهرب إلى الجو (يمكن ملاحظته في صعود الفقاعات من الأسفل).

- مع هبوط الغواص إلى أعماق أكبر ، لا يمكن للنيتروجين المستنشق الهرب لأن الضغط الخارجي يمنعه ويذوب في دم الفرد..

عندما يرتفع الغواص بسرعة إلى السطح ، حيث يقل الضغط الخارجي ، يبدأ النيتروجين في الظهور في الدم.

هذا يسبب ما يعرف بعدم الراحة في تخفيف الضغط. ولهذا السبب ، يُطلب من الغواصين أن يصعدوا ببطء ، بحيث يهرب النيتروجين ببطء أكثر من الدم.

- دراسة آثار نقص الأكسجين الجزيئي (O₂) مذاب في دم وأنسجة متسلقي الجبال أو ممارسي الأنشطة التي تنطوي على إقامة طويلة على ارتفاعات عالية ، وكذلك في سكان الأماكن المرتفعة إلى حد ما.

- بحث وتحسين الطرق المستخدمة لتجنب الكوارث الطبيعية التي يمكن أن تسببها وجود الغازات الذائبة في المسطحات المائية الضخمة التي يمكن إطلاقها بعنف.

أمثلة

لا ينطبق قانون هنري إلا عندما تكون الجزيئات في حالة توازن. فيما يلي بعض الأمثلة:

- في محلول الأكسجين (O₂) في مجرى الدم ، يُعتبر هذا الجزيء قابلاً للذوبان في الماء بشكل سيئ ، على الرغم من أن قابلية ذوبانه تزداد بشكل كبير بسبب المحتوى العالي من الهيموغلوبين فيه. وبالتالي ، يمكن ربط كل جزيء من الهيموغلوبين بأربعة جزيئات من الأكسجين التي يتم إطلاقها في الأنسجة لاستخدامها في عملية التمثيل الغذائي.

- في عام 1986 ، كانت هناك سحابة كثيفة من ثاني أكسيد الكربون تم طردها فجأة من بحيرة نيوس (الواقعة في الكاميرون) ، مما أدى إلى اختناق حوالي 1700 شخص وعدد كبير من الحيوانات ، وهذا ما أوضحه هذا القانون..

- عادة ما تزداد القابلية للذوبان التي يظهرها غاز معين في نوع سائل مع زيادة ضغط الغاز ، رغم وجود بعض الاستثناءات في بعض الضغوط العالية ، مثل جزيئات النيتروجين (N)₂).

- لا ينطبق قانون هنري عندما يكون هناك تفاعل كيميائي بين المادة التي تعمل كمذيب والمواد التي تعمل كمذيب ؛ هذه هي حالة الشوارد ، مثل حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك).

مراجع

1. كروكفورد ، H.D. ، نايت صموئيل B. (1974). أساسيات الكيمياء الفيزيائية. (الطبعة السادسة). Editorial C.E.C.S.A.، Mexico. P 111-119.
2. محرري موسوعة بريتانيكا. (2018). قانون هنري. تم الاسترجاع في 10 مايو 2018 ، من: britannica.com
3. وByju. (2018). ما هو قانون هنري؟ تم الاسترجاع في 10 مايو 2018 ، من: byjus.com
4. Leisurepro و Aquaviews. (2018). تم استرجاع قانون هنري في 10 مايو ، 2018 ، من: entertainmentpro.com
5. مؤسسة أننبرغ. (2017). القسم 7: قانون هنري. تم الاسترجاع في 10 مايو 2018 ، من: learner.org
6. مونيكا جونزاليس (25 أبريل 2011). قانون هنري. تم الاسترجاع في 10 مايو 2018 ، من: quimica.laguia2000.com
7. إيان مايلز (24 يوليو 2009). غواص. [الشكل]. تم الاسترجاع في 10 مايو 2018 ، من: flickr.com